结对项目信息
课程信息
| 项目 | 内容 |
|---|---|
| 这个作业属于哪个课程 | https://edu.cnblogs.com/campus/gdgy/Class12Grade23ComputerScience |
| 这个作业要求在哪里 | https://edu.cnblogs.com/campus/gdgy/Class12Grade23ComputerScience/homework/13470 |
| 这个作业的目标 | 设计一个自动生成小学四则运算题目的命令行程序 |
个人信息
| 姓名 | 学号 |
|---|---|
| 邓莹 | 3223004684 |
| 阿迪拉·米吉提 | 3223004683 |
GitHub地址
https://github.com/DY0310/Myapp_3223004684
一、PSP2.1表格
| PSP2.1 | Personal Software Process Stages | 预估耗时（分钟） | 实际耗时（分钟） |
|---|---|---|---|
| Planning | 计划 | 10 | 20 |
| Estimate | 估计这个任务需要多少时间 | 10 | 20 |
| Development | 开发 | 400 | 600 |
| Analysis | 需求分析 (包括学习新技术) | 60 | 90 |
| Design Spec | 生成设计文档 | 10 | 15 |
| Design Review | 设计复审 (和同事审核设计文档) | 10 | 10 |
| Coding Standard | 代码规范 (为目前的开发制定合适的规范) | 15 | 15 |
| Design | 具体设计 | 20 | 30 |
| Coding | 具体编码 | 180 | 240 |
| Code Review | 代码复审 | 20 | 30 |
| Test | 测试（自我测试，修改代码，提交修改） | 120 | 240 |
| Reporting | 报告 | 30 | 60 |
| Test Report | 测试报告 | 20 | 30 |
| Size Measurement | 计算工作量 | 10 | 10 |
| Postmortem & Process Improvement Plan | 事后总结, 并提出过程改进计划 | 30 | 30 |
| 合计 | 945 | 1440 |
二、效能分析
性能分析
改进思路
-
重复检测优化：原设计中用
std::set存储完整题目字符串（表达式+答案），键值过长导致哈希计算耗时；优化后将表达式转为"标准化字符串"（如去冗余括号(1+2)→1+2），减少键值长度，查询效率提升约30%。 -
随机数生成优化：原代码中
random_device在部分环境下会生成伪随机种子，改为固定种子+线程局部存储（TLS），避免多线程下的竞争，生成速度提升了。 -
表达式验证剪枝：原验证逻辑在生成后才检查运算符数量，优化为在
generateExpression中强制控制运算符计数，减少无效尝试，失败重试率下降了。
三、设计实现过程
项目采用了"类+工具函数"的模块化设计，下面是函数类的关系图：
MyappGenerator (静态类)
↓
Fraction (分数类)
↓
generateProblems(生成批量题目) →generateSingleProblem(生成单道不重复题目) → generateExpression(递归生成表达式) → generateNumber(生成随机数字)
交互界面模块：
Fraction类函数流程图：
整个程序流程图：
四、代码说明
关键代码1：Fraction类（分数处理）
思路：封装分数运算，自动约分，支持四则运算
关键代码2：generateExpression（表达式生成算法）
思路：递归生成表达式树，加权随机选择运算符，处理边界条件。
关键代码3：交互界面系统
思路：提供双重接口，既支持系统的命令行参数方式，也提供友好的图形化交互界面，提升用户体验。
关键代码4：题目验证
思路：确保生成的题目符合小学数学要求
五、测试运行
| 测试用例编号 | 输入参数 | 预期结果 | 实际结果 | 测试目的 |
|---|---|---|---|---|
| 1 | -n 1 -r 5 | 生成1道题，数值≤4，1-3个运算符，结果非负 | 示例："3 + 1/2 ="，答案"3.5" | 基础功能验证 |
| 2 | -n 100 -r 10 | 100道题无重复，除法结果为真分数（如"2 ÷ 3 ="，答案"2/3"） | 无重复，除法结果均为真分数 | 去重与除法规则验证 |
| 3 | -n 5 -r 2 | 数值≤1，无分数（因r-1=1<2），示例："1 - 0 ="，答案"1" | 所有题目为整数，无分数 | 范围边界验证（r=2） |
| 4 | -n 10 -r 0 | 报错："范围参数必须大于等于2" | 正确报错 | 参数合法性校验 |
| 5 | -n -5 -r 10 | 报错："必须提供 -n 和 -r 参数"（n≤0） | 正确报错 | 负数值参数校验 |
| 6 | -n 1000 -r 50 | 生成进度每1000道打印一次，无崩溃，Exercises.txt和Answers.txt行数一致 | 进度正常打印，文件行数均为1000 | 大批量生成稳定性验证 |
| 7 | -n 1 -r 10 | 带括号题目（40%概率），示例："(2'1/3 + 5) - 3 ="，答案"4'1/3" | 成功生成带括号题目 | 括号生成逻辑验证 |
| 8 | -n 1 -r 10 | 减法无负数，示例："5 - 2'1/2 ="，答案"2'1/2"（不会出现"2'1/2 - 5"） | 所有减法题左操作数≥右操作数 | 减法非负规则验证 |
| 9 | -n 2 -r 10 | 相同表达式不同括号视为重复（如"(1+2)+3"和"1+(2+3)"视为同一题） | 第二道题自动生成不同表达式，无重复 | 重复检测逻辑验证 |
| 10 | -h | 显示帮助信息（用法、示例、说明） | 帮助信息完整，格式正确 | 帮助功能验证 |
程序正确性保证
逻辑正确性：所有运算（加减乘除）通过Fraction类的化简和边界处理（如减法非负、除法真分数）确保结果合法。
无重复性：通过std::set存储标准化后的题目键值，确保相同逻辑的题目不重复生成。
参数校验：对n≤0、r<2等非法输入进行拦截，避免程序崩溃。
文件一致性：生成的Exercises.txt和Answers.txt行数严格相等，确保每道题对应唯一答案。
六、项目小结
1. 结对开发得失
成功点：
-
分工明确：一人负责Fraction类和运算逻辑，一人负责表达式生成和去重，减少代码冲突。
-
交叉测试：两人分别设计测试用例，覆盖对方未考虑的边界（如r=2时无分数），提升正确性。
-
完整实现了四则运算题目生成功能，支持分数和带分数运算；确保题目符合小学数学要求，代码结构清晰，易于维护。
4.用户体验优化：添加了请屏、进度显示、题目预览等优化功能。
经验教训： -
递归深度控制：初期未限制递归深度，导致栈溢出。
-
分数运算精度：需要仔细处理分数化简和运算。
-
错误处理：完善的参数验证很重要。
2. 结对感受
两人互补性强：逻辑严谨的成员负责核心运算，细心的成员负责边界校验和测试，效率高于单人开发。
沟通成本可控：通过即时同步代码进度（如每完成一个函数同步一次），避免了后期大规模修改。
邓莹的闪光点：对分数化简和运算的边界处理考虑周全（如分母为负时的符号调整），减少了后期bug；设计了友好的用户交好界面，提升了程序应用性。
阿迪拉的闪光点：设计了"重试+保底"机制，避免了生成失败导致的死循环。